Изготовление печатных плат

 

Раздел 4. Расчет технических параметров подложки.

Расчет площади подложки.

Предварительно  рассчитав геометрические размеры элементов  схемы, найдем площадь  подложки, на которой  в итоге разместятся  рассчитанные элементы и компоненты.

Площадь подложки находится по формуле:

,

Где - площади, занимаемые пленочными резисторами, пленочными конденсаторами, навесными элементами и внешними и внутренними контактными площадками, - коэффициент дезинтеграции площади. В нашем случае все слагаемые равны:

Откуда 

Выбирая из возможных типоразмеров, больший, чем найденная площадь, возьмем подложку размером 8мм*8мм, на которой оптимально разместятся все компоненты и элементы.

Выбор системы охлаждения.

Для правильного выбора системы охлаждения необходимо ввести следующие величины:

1. - тепловой поток, рассеиваемый поверхностью подложки.
2. - площадь поверхности теплообмена, выраженная в квадратных метрах.
3. - допустимая рабочая температура наименее теплостойкого элемента схемы, выраженная в градусах.
4. - максимальная температура окружающей среды (задается ТЗ).
5. - минимальная температура окружающей среды. Выражается в миллиметрах ртутного столба

 

Приняв во внимание все вышеперечисленные  данные необходимо рассчитать тепловой поток, который определяется через соотношение

,

Где Р – тепловой поток, а - коэффициент полезного действия. Р определяется так:

В этой формуле  сумма всех токов, протекающий через проводники рассматриваемой цепи. Суммируя все токи цепи, получим:

Теперь рассчитаем поверхностную плотность теплового потока.

поправочный коэффициент на давление окружающей среды.

Величины знаменателя подставляются  в миллиметрах ртутного столба.

Где температура для транзистора VT1 марки КТ120.

Запишем полученные данные в таблицу 8. Исходя из них, выберем оптимальную систему охлаждения схемы.

 

Таблица 8.

0,01А	5В	0,031Вт	1,074	480,825	850

 

Перейдем непосредственно к  выбору системы охлаждения. Все системы охлаждения можно разделить на:

1. Естественное воздушное

3. Принудительное воздушное

5. Принудительное жидкостное

7. Принудительное испарительное

 

Вышеуказанные способы охлаждения относятся к не заштрихованным секциям графика

 

К заштрихованным относятся:

 

2. Естественное и принудительное воздушное

4. Принудительное воздушное и жидкостное

6. Принудительное жидкостное и естественное испарительное

8. Принудительное жидкостное, принудительное и естественное испарительное

10. Естественное и принудительное испарительное

 

Если по какой-то причине точка с координатами и попадет в заштрихованную зону, то выбор способа охлаждения следует проводить, отталкиваясь от вероятностных характеристик.

 

График 1.

По найденным значениям, определив  точку на графике 1, приходим к выводу, что нашей схеме подходит естественное воздушное охлаждение.

 

Расчет вибропрочности конструкции

В соответствии с определением вибропрочности, конструкция является вибропрочной при отсутствии колебательных резонансов, а допустимая перегрузка на частоте  резонанса не превышает частоту, указанную в ТЗ.

Отсутствие в конструкции механических резонансов характеризуется соотношением:

,

Где - верхняя частота диапазона внешних вибрационных воздействий.

 

Основной расчетной моделью  планарных конструкций, которой  и является наша схема, служит прямоугольная пластина при определенных условиях на сторонах. Частота свободных колебаний основного тона пластины определяется из соотношения:

С – частотная постоянная, h – толщина подложки, а – большая сторона подложки, - поправочный коэффициент на материал подложки, - модули упругости стали и ситалла, - плотности соответствующих материалов, - поправочный коэффициент на нагружение пластины.

Возвращаясь от теории к нашей задаче, найдем все недостающие составляющие формул:

 

С = 86 при соотношении сторон 1:1

h = 0.8 мм – высота подложки

- квадрат большей стороны

- модуль упругости ситалла

- модуль упругости стали

- плотность стали

- плотность ситалла

 

Подставим полученные данные в формулы  и соберем результаты в таблице 9.

 

 

 

 

Таблица 9.

С	h
86	0.8 мм	0.64 мм	1,629	0,288	50,42 кГц

 

По ТЗ, , а полученное значение значительно превышает удвоенную величину

Расчет надежности конструкции

Для расчета надежности невосстанавливаемой  РЭС необходимо определить показатели надежности по известным характеристикам надежности элементов и условии эксплуатации. Выполнение расчета надежности основано на логической модели безотказной работы РЭС. При этом полагается, что отказы элементов независимы, а сами элементы могут принимать только два состояния: исправное и неисправное. На практике используют две логические схемы надежности: последовательная (в этом случае при отказе одного элемента наступает отказ всей РЭС) и параллельная (при этом отказ одного элемента не влечет отказ всей РЭС). Использование параллельных логических схем характерно для РЭС с резервированием. Использование последовательных логических схем возможно при рассмотрении РЭС без резервирования.

Основными количественными характеристиками про расчете надежности являются: среднее время наработки на отказ ( и вероятность безотказной работы ( ). - время непрерывной работы на отказ, - эксплуатационное значение интенсивности отказов РЭС.

Будем рассматривать нашу РЭС в  виде последовательной логической схемы, для которой будут учитываться  внешние воздействия, влияния тепловых и электрических нагрузок элементов.

Для расчета  будем использовать формулу , где - эксплуатационное значение интенсивности отказов элемента РЭС. n – число элементов схемы.

Расчет самого осуществляется через соотношение . В этой формуле учитываются и поправка на электрическую нагрузку элемента (а), и интенсивность отказов в нормальном режиме работы ( ), и воздействие климатических факторов ( ), а так же влияние пониженного давления на режим работы РЭС ( ) и влияние механических воздействий ( ).

Величина а является функцией двух величин: и . Поэтому, зная первую величину, найдем коэффициенты нагрузки для резисторов, емкостей и транзисторов схемы.

- для резисторов

- для конденсаторов

- для транзисторов

- коэффициент нагрузки контактных  соединений (внешних и внутренних).

Рассчитав все вышеуказанные параметры  для всех элементов схемы, сведем все данные в таблицу 10.

 

Таблица 10.1

Элемент				a
R1	0.015	-	-	0.33	1.46	2	1
R2	0.0016			0.33
R3	0.093			0.33
R4	0.093			0.33
R5	0.65			0.94
R6	0.65			0.94
R7	0.135			0.33
R8	0.135			0.33
C1	-	0.015		0.09
C2		0.015		0.09
C3				0.09
VT1		-	0.091	0.17
VT2			0.021	0.17
VT3			0.091	0.17

 

 

 

 

 

Далее представлен  график зависимости  вероятности отказа изделия от времени  наработки.

 

Зависимость вероятности  отказа от времени наработки

 

Оценивая по графику значение вероятности  отказа при непрерывной работе 10000 часов, мы получим значение 0,996, что полностью удовлетворяет требованиям ТЗ. При этом среднее время наработки на отказ равно:

 

часов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Раздел 5. Комплексная оценка технологичности.

Конструкторские показатели.

 

1) коэффициент повторяемости компонентов и МСБ.

 n_типоразмеров = 2 - число типоразмеров

n_суммарное = 6 - число дискретных элементов.

2) коэффициент повторяемости материалов.

n_материалов = 4 - количество марок материалов (проводящий, резистивный, подложка, диэлектрик, защитный слой, обкладка конденсатора).

n_элементов = 8 количество нестандартных деталей, изготовленных из этих материалов.

3) коэффициент стандартизации конструкции.

n_элементов = 8- количество пленочных элементов.

N = 8+6 = 14 – количество пленочных элементов + компонентов

4) коэффициент использования площади  коммутационной платы.

Sзаполненная  = 48.797 мм² – заполненная площадь подложки

Sобщая = 64 мм²– общая площадь подложки

 

 

 

 

 

 

 

Производственные показатели

5) коэффициент ограничения числа  видов сборочно-монтажных соединений

- число пар механически и  электрически соединяемых любым способом элементов, деталей и составных частей изделия.

- число конкретных технологических  способов, используемых для образования  механических и электрических соединений в паре соединяемых элементов, деталей частей (клейка, разварка).

6) коэффициент использования групповых  методов.

- общее количество операций  и групп операций, предусмотренных в структуре ТП.

- количество операций из , основанных на групповых методах.

7) коэффициент автоматизации и  механизации установки и монтажа  изделия.

- общее количество процессов.

- число соединений из , выполняемых автоматизированным и механизированным способом.

8) коэффициент применения типовых  ТП

- число операций и групп операций  из 18 , выполняемых по типовым технологиям.

Расчет балльных показателей

Частные показатели технологичности	Нормативное значение	Эквивалент одного балла	Расчетный показатель	Расчетный показатель в баллах
Коэффициент повторяемости компонентов и МСБ	0,95	0,2	0,67	2,6
Коэффициент повторяемости материалов	0,7	0,175	0,5	2,54
Коэффициент стандартизации	0,85	0,213	0,45	2,02
Коэффициент использования площади коммутационных плат	0,6	0,1	0,97	5,62 5
Коэффициент ограничения числа  видов сборочно-монтажных соединений	0,9	0,1	0,94	4,2
Коэффициент использования групповых методов	0,4	0,25	0,95	5,28 5
Коэффициент автоматизации и механизации	0,87	0,3	0,02	3,7
Коэффициент применения типовых ТП	0,6	0,15	0,99	6,3 5

 

Комплексная оценка технологичности  определяется по среднебальному показателю:

Где m – количество частных показателей, привлекаемых для анализа технологичности РЭС.

На основе среднего балльного показателя можно сделать вывод, что технологичность достаточно высока с учетом мелкосерийного производства.

 

 

 

 

Перечень использованных карт и расшифровка технологических  процессов.

Карта 1

1. обезжирить
2. сушить
3. обезжирить
4. промыть под проточной водой
5. травить
6. промыть
7. сушить
8. контроль
9. проверка качества подготовки испарителей.

Карта 2

1. обезжирить
2. сушить
3. травить
4. промыть в горячей проточной воде
5. промыть в холодной проточной воде
6. осветлить
7. промыть
8. сушить
9. контроль

Карта 3

1. обезжирить кассеты
2. промыть кассеты
3. сушить кассеты
4. протереть подложки
5. установить в кассеты
6. промыть
7. сушить
8. нагреть печь, установить подложки
9. охладить подложки
10. прокипятить подложки в изопропиловом спирте
11. сушить подложки
12. контроль качества очистки подложки

 

Карта 4

1. развакумировать камеру
2. произвести чистку камеры
3. установить испарители, создать вакуум

Карта 8

1. установить барабаны с подложками
2. создать вакуум в камере
3. нагреть подложки
4. установить барабан с подложками на позицию напыления
5. создать дуговой разряд в камере
6. подать напряжение на мишень
7. напылить резистивный слой
8. погасить дуговой разряд
9. отжечь подложки
10. охладить подложки
11. проверить качество напыленного слоя
12. проверить величину поверхностного сопротивления напыленного слоя
13. уложить подложки в тару